Моя статья расскажет Вам как принять 10 миллионов пакетов в секунду без использования таких библиотек как Netmap, PF_RING, DPDK и прочие. Делать мы это будем силами обычного Линукс ядра версии 3.16 и некоторого количества кода на С и С++.
Сначала я хотел бы поделиться парой слов о том, как работает pcap — общеизвестный способ захвата пакетов. Он используется в таких популярных утилитах как iftop, tcpdump, arpwatch. Кроме этого, он отличается очень высокой нагрузкой на процессор.
Итак, Вы открыли им интерфейс и ждете пакетов от него используя обычный подход — bind/recv. Ядро в свою очередь получает данные из сетевой карты и сохраняет в пространстве ядра, после этого оно обнаруживает, что пользователь хочет получить его в юзер спейсе и передает через аргумент команды recv, адрес буфера куда эти данные положить. Ядро покорно копирует данные (уже второй раз!). Выходит довольно сложно, но это не все проблемы pcap.
Кроме этого, вспомним, что recv — это системный вызов и вызываем мы его на каждый пакет приходящий на интерфейс, системные вызовы обычно очень быстры, но скорости современных 10GE интерфейсов (до 14.6 миллионов вызовов секунду) приводят к тому, что даже легкий вызов становится очень затратным для системы исключительно по причине частоты вызовов.
Также стоит отметить, что у нас на сервере обычно более 2х логических ядер. И данные могут прилететь на любое их них! А приложение, которое принимает данные силами pcap использует одно ядро. Вот тут у нас включаются блокировки на стороне ядра и кардинально замедляют процесс захвата — теперь мы занимаемся не только копированием памяти/обработкой пакетов, а ждем освобождения блокировок, занятых другими ядрами. Поверьте, на блокировки может зачастую уйти до 90% процессорных ресурсов всего сервера.
Хороший списочек проблем? Итак, мы их все геройски попробуем решить!
Сначала я хотел бы поделиться парой слов о том, как работает pcap — общеизвестный способ захвата пакетов. Он используется в таких популярных утилитах как iftop, tcpdump, arpwatch. Кроме этого, он отличается очень высокой нагрузкой на процессор.
Итак, Вы открыли им интерфейс и ждете пакетов от него используя обычный подход — bind/recv. Ядро в свою очередь получает данные из сетевой карты и сохраняет в пространстве ядра, после этого оно обнаруживает, что пользователь хочет получить его в юзер спейсе и передает через аргумент команды recv, адрес буфера куда эти данные положить. Ядро покорно копирует данные (уже второй раз!). Выходит довольно сложно, но это не все проблемы pcap.
Кроме этого, вспомним, что recv — это системный вызов и вызываем мы его на каждый пакет приходящий на интерфейс, системные вызовы обычно очень быстры, но скорости современных 10GE интерфейсов (до 14.6 миллионов вызовов секунду) приводят к тому, что даже легкий вызов становится очень затратным для системы исключительно по причине частоты вызовов.
Также стоит отметить, что у нас на сервере обычно более 2х логических ядер. И данные могут прилететь на любое их них! А приложение, которое принимает данные силами pcap использует одно ядро. Вот тут у нас включаются блокировки на стороне ядра и кардинально замедляют процесс захвата — теперь мы занимаемся не только копированием памяти/обработкой пакетов, а ждем освобождения блокировок, занятых другими ядрами. Поверьте, на блокировки может зачастую уйти до 90% процессорных ресурсов всего сервера.
Хороший списочек проблем? Итак, мы их все геройски попробуем решить!
Для меня настоящим чудом было появление Skype. Когда я начал им пользоваться в 2004 году, он еще показывал сколько абонентов в сети — их было около 600 тысяч. Думаю, из них в России было не больше 1%. По крайней мере из моих друзей-знакомых скайпа не было ни у кого — серьезное препятствие для свободного общения. 